Élaboration et caractérisations de nanostructures à base de
\nMoS2 et leurs applications pour le captage de l'énergie
\nsolaire et la photocatalyse.

Au cours de la dernière décennie, les matériaux bidimensionnels tels que le disulfure de
\nmolybdène (2D-MoS2) ont clairement démontré un réel potentiel pour les dispositifs photoniques
\net optoélectroniques futurs en raison de leurs excellentes propriétés électriques et optiques.<br/>
\nSuite à l'essor de cette classe de matériaux, le présent travail de thèse vise à étudier les effets de
\ndeux approches de synthèse, à savoir le dépôt chimique en phase vapeur (CVD) et le dépôt par
\nablation laser pulsé (PLD), sur les propriétés optoélectroniques des nanostructures de MoS2.
\nNous démontrons que le processus CVD est le plus approprié pour produire une variété de
\nmorphologies de MoS2 incluant des microplaques de 1-30 μm de taille jusqu'à des nanofils
\nhautement cristallins de ~100 nm de diamètre en contrôlant la position du substrat dans l’enceinte
\nCVD. Par ailleurs, la position du substrat s'est avérée un paramètre important pour l'ingénierie de
\nla bande interdite du MoS2, ce qui a conduit à une amélioration tangible de la photoréponse de ~
\n20000 % et une détectivité de 2.6x109 Jones tout en réduisant le temps de réponse des
\nphotodétecteurs développés à base de nanostructures de MoS2. Sur la base de ces résultats, la
\nCVD a été ajustée pour fabriquer une hétérostructure de microfibres/microfleurs de MoS2/MoO2
\nqui a été intégrée dans un dispositif de photodétection. Le dispositif a montré une photoréponse
\nintéressante à large bande attribuée aux effets synergiques du MoS2 et du MoO2. <br/>
\nD'autre part, le processus PLD a permis la fabrication de films de MoS2 sur de grande surface,
\navec un degré de cristallinité élevée et un contrôle de l'épaisseur. Nos résultats soulignent le rôle
\ncritique joué par la température de dépôt sur le contrôle de l'orientation des couches de MoS2. Le
\ndispositif photoconducteur basé sur ces films a présenté une relation constante plus linéaire avec
\nle degré d'alignement vertical des structures de MoS2, atteignant une photoréponse et une
\ndétectivité de 1500% et 9.2 x 109 Jones, respectivement.<br/>
\nLes très bonnes performances de photodétection obtenues sont attribuées au très faible courant
\nd'obscurité obtenu dans les nanostructures de MoS2 CVD et au rendement élevé du photocourant
\npour les échantillons PLD.<br/>
\nProfitant de la très bonne photoconversion de ces nanostructures de MoS2, une structure hybride
\n1T-MoS2/2H-MoS2 a été développée en utilisant la fabrication CVD en une étape, utilisée par la
\nsuite pour les tests de photodégradation du bleu de méthylène. Cette hétérostructure hybride a
\nmontré une efficacité de photodégradation de plus de 80% du bleu de méthylène à une constante
\nde photodégradation très élevé obtenues sous les excitations UV et visibles.<br/>
\nCette thèse propose différents scénarios pour permettre et promouvoir les capacités du MoS2
\ndans le captage de lumière à large bande tout en réalisant une photoconversion élevée en termes
\nde porteurs de charge qui peuvent être exploités dans deux applications majeures telles que la
\nphotodétection et la photodégradation.<br/><br/>
\nIn the last decade, two dimensional materials such molybdenum disulfide (2D-MoS2) have clearly
\nproven a real potential for the next generation of photonic and optoelectronic devices owing to
\ntheir excellent electrical and optical properties.
\n<br/>Following the surge of this class of materials, the current thesis work aims at investigating the
\neffects of two synthesis approaches namely chemical vapor deposition (CVD) and pulsed laser
\ndeposition (PLD) on the optoelectronic properties of MoS2 nanostructures. We demonstrate that
\nthe CVD process is most appropriate to yield a variety of MoS2 morphologies including microplates
\n1-30 μm in size to highly crystalline nanowires of ~100 nm in diameter by monitoring the CVD
\nprocess through the control of the substrate position. Moreover, the control of the substrate
\nposition is found to be beneficial in engineering the MoS2 band gap leading to tangible
\nenhancement of the photoresponse of ~ 20000 % and a detectivity of 2.6x109 Jones while
\nreducing the response time of the developed photodetectors based MoS2 nanostructures. Based
\non these findings, the CVD was further tuned to fabricate MoS2/MoO2 microfiber/microflower
\nheterostructure that was integrated into photodetection device. The device has shown an
\ninteresting broadband photoresponse ascribed to the synergic effects of both MoS2 and MoO2.<br/>On the other hand, the PLD process has allowed the fabrication of large scale MoS2 films, with
\nhigh crystallinity and thickness control. Our finding emphasizes the critical role played by the
\ndeposition temperature in controlling the orientation of MoS2 layers. The photoconductive device
\nbased on these films has exhibited a constant-plus-linear relationship with the degree of vertical
\nalignment of the MoS2 structures, achieving a photoresponse and a detectivity of 1500% and
\n9.2x109 Jones, respectively.<br/>The very good photodetection performances obtained are attributed to the very low dark current
\nobtained in CVD MoS2 nanostructures and to the high photocurrent yield for the PLD samples.<br/>Taking benefit of the very good photoconversion of MoS2 nanostructures, a hybrid 1T-MoS2/2HMoS2
\nheterostructure was developed using one step CVD fabrication, used for methylene blue
\nphotodegradation. This hybrid heterostructure has shown more than 80% photodegradation of
\nmethylene blue at a high rate-constant in both UV and visible excitations.<br/>The thesis provides various scenarios to enable and promote the MoS2 capabilities in broadband
\nlight harvesting while achieving high photoconversion in term of valuable charge carriers that can
\nbe exploited in two major applications such as the photodetection and the photodegradation.<br/>

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